張妮 章敏 付憧 幸大惠

基金項目：國家自然科學基金2021年度項目“人工智能助力鄉(xiāng)村教師新型研修模式構(gòu)建及應(yīng)用策略研究”（項目編號：72164004）；貴州省教育科學規(guī)劃2023年度重點課題“鄉(xiāng)村教師智能教學勝任力框架構(gòu)建及應(yīng)用研究”（課題編號：2023A006）

[摘? ?要] 逆向工程法是一種“從成品出發(fā)”的教學方法，降低了創(chuàng)新門檻，容易實現(xiàn)微創(chuàng)新。文章以微創(chuàng)新能力內(nèi)涵為導向，遵循“從仿到創(chuàng)”的階段式教學理念，在項目式教學理論、做中學理論的支持下，提出了基于逆向工程法培養(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的教學活動框架，以“3D打印”為例進行三輪教學實踐，并采用三角互證的方法從教師、學生、教學過程三個角度探究實踐效果，以此修正與完善活動框架。研究結(jié)果表明，基于逆向工程法設(shè)計的教學活動從總體上顯著提高了小學生微創(chuàng)新能力水平，對創(chuàng)新思維與創(chuàng)新技能要素也有顯著促進作用，但對創(chuàng)新人格的影響不顯著。研究結(jié)果為小學生微創(chuàng)新能力培養(yǎng)及國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供了理論指導和實踐參考。

[關(guān)鍵詞] 逆向工程法； 微創(chuàng)新能力； 創(chuàng)新人才培養(yǎng)； 實踐研究； 3D打印

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 張妮（1982—），女，廣西南寧人。教授，博士，主要從事教師專業(yè)發(fā)展、智能技術(shù)融合教育教學研究。E-mail：jenneyhust@foxmail.com。

一、問題的提出

創(chuàng)新能力是21世紀人才的關(guān)鍵特征，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力是我國教育改革與發(fā)展的熱點。《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)總體框架》將實踐創(chuàng)新作為6項核心素養(yǎng)之一[1]。《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出，“加快3D打印、STEAM、機器人、編程等全民智能素質(zhì)教育項目進入中小學課堂的進度”[2]?！读x務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》提出，“創(chuàng)新教學方式，以真實問題或項目驅(qū)動，引導學生經(jīng)歷原理運用、計算思維和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，建構(gòu)知識，提升問題解決能力”[3]。許多中小學校面向?qū)W生創(chuàng)新能力培養(yǎng)進行了大量探索和實踐，問題解決、項目式教學等方法被廣泛應(yīng)用于教學活動中，但存在課堂耗時長、教學效果有待提高等問題[4]。逆向工程法作為一種“從成品出發(fā)”的教學方法，不僅能縮短課時量，還能降低項目難度，為當前課堂教學培養(yǎng)中小學生創(chuàng)新能力提供了新思路[5]。對于小學生而言，創(chuàng)新不可一蹴而就[6]，微創(chuàng)新相對來說更符合小學生的認知特點和發(fā)展規(guī)律。因此，本研究將從微創(chuàng)新能力內(nèi)涵出發(fā)，構(gòu)建基于逆向工程法培養(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的教學活動框架并開展實踐應(yīng)用，以期助力國家創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

二、研究基礎(chǔ)

（一）小學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究現(xiàn)狀

面向小學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學實踐大致包括三類研究視角，分別是傳統(tǒng)教學過程的革新視角[7]、教學活動要素創(chuàng)新的視角[8]及從“仿”到“創(chuàng)”的階段式學習視角[9]。將發(fā)明創(chuàng)造型教學分成微創(chuàng)新和原始創(chuàng)新兩種模式，在微創(chuàng)新階段以逆向工程為指導思想設(shè)計教學活動，可讓學生在“模仿—微創(chuàng)新—創(chuàng)新”過程中逐步提高發(fā)明創(chuàng)造水平[10]。當前，小學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)仍存在“窄口徑”與“高要求”之間的突出矛盾[11]，仍需挖掘適切的理論方法，探索小學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方式和路徑。

“微創(chuàng)新”從“創(chuàng)新”拓展而來。符合中小學生發(fā)展水平的微創(chuàng)新能力是指學生在了解原產(chǎn)品相關(guān)服務(wù)和規(guī)則的基礎(chǔ)上做出一些有意義的改變或調(diào)整的能力，但并不從根本上改變原有設(shè)計，其可以分為1.0、2.0及3.0三個水平層次，分別對應(yīng)模仿階段——對原型產(chǎn)品簡單仿照，微調(diào)階段——通過增減要素對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與功能進行優(yōu)化，重構(gòu)階段——產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與功能的重新構(gòu)造[12]。已有研究提出了指向?qū)W生微創(chuàng)新能力培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新型教學模式，包括試用與感知、分解與觀察、復原與再設(shè)計、制作與測試、評價與總結(jié)等環(huán)節(jié)，強調(diào)教師應(yīng)該更關(guān)注技術(shù)的整合和遷移，讓學生模仿后再創(chuàng)新[4]。然而，小學生因創(chuàng)造力水平有限，大多停留在模仿階段，獨立創(chuàng)作出一件原創(chuàng)性作品仍存在較大的困難。因此，小學生微創(chuàng)新能力培養(yǎng)更應(yīng)得到學界和業(yè)界的關(guān)注。

（二）逆向工程法及其教育應(yīng)用

逆向工程最初是一種技術(shù)課程的內(nèi)容，在20世紀末作為一種教學方法應(yīng)用于教育領(lǐng)域。Otto等提出了逆向工程與再設(shè)計“十步法”，其中，逆向工程包含逆向、建模與分析以及再設(shè)計三個階段[13]。逆向工程法較多應(yīng)用于工程類課程的研究與實踐中，引導學生對實物體驗、觀察、拆解、分析，使學生獲得再設(shè)計的經(jīng)驗[14]，從而開發(fā)新產(chǎn)品，有助于學生消化理論知識并進行實踐應(yīng)用[15-16]。逆向工程法支持的各類教學或?qū)W習活動設(shè)計為本研究探索面向小學生微創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學活動提供了方向指引。

由于小學生認知能力與身心發(fā)展的特殊性，直接開展創(chuàng)新活動有一定難度，需要由微創(chuàng)新能力培養(yǎng)逐漸過渡到創(chuàng)新能力培養(yǎng)。研究團隊多年來和一線學校開展深度合作，發(fā)現(xiàn)部分學校致力于信息科技、通用技術(shù)課程教學革新的探討，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。3D打印可將創(chuàng)意變成現(xiàn)實，有助于激發(fā)小學生學習積極性，提高其動手能力，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要手段之一。因此，“3D打印”這一教學內(nèi)容以信息科技拓展課程或者社團活動的形式逐步走進了小學校園。逆向工程法倡導對成品進行“拆解—分析—再設(shè)計”，將其應(yīng)用于“3D打印”教學中，讓小學生在了解產(chǎn)品構(gòu)成要素及關(guān)系的基礎(chǔ)上，完成對3D模型原型作品的再設(shè)計，降低了創(chuàng)新門檻，有利于小學生微創(chuàng)新能力培養(yǎng)。基于此，本研究嘗試引入逆向工程法開展面向小學生微創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐研究，研究問題包括：（1）如何基于逆向工程法構(gòu)建培養(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的教學活動框架？（2）基于逆向工程法培養(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的教學實踐效果如何？

三、面向小學生微創(chuàng)新能力培養(yǎng)的逆向工程

教學活動框架初構(gòu)

（一）理論依據(jù)

1. 項目式教學理論

項目式教學的一般流程為選定項目、制定計劃、合作探究、作品制作、成果展示、評價總結(jié)，注重實踐式和體驗式學習，鼓勵學生自主學習或開展小組協(xié)作學習[17]。逆向工程法的核心步驟為“拆解—分析—再設(shè)計”，將項目式教學理論引入本研究，可彌補逆向工程法缺乏評價與反思的不足。參照項目式教學的基本流程，在作品的再設(shè)計階段，教師應(yīng)充當引導者和組織者的角色，帶領(lǐng)學生圍繞大項目分組開展子項目學習，進而完成作品制作。

2. 做中學理論

美國學者杜威提出了“做中學”理論，也就是“從活動中學”“從經(jīng)驗中學”，依托活動和行為來提高學習能力[18]。本研究中，學生需聯(lián)系自身生活經(jīng)驗進入學習情境，在對原型作品進行分解的基礎(chǔ)上，通過協(xié)作探究、制定方案、作品創(chuàng)作，再設(shè)計出改變原有作品關(guān)鍵要素的新作品，從而提高微創(chuàng)新能力。在教學實施過程中，強調(diào)教師要為學生構(gòu)建有意義的教學情境，將教學知識與學生生活經(jīng)驗聯(lián)系起來，讓學生從被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習，在活動中將創(chuàng)意想法轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實成果。

（二）教學活動框架初步構(gòu)建

結(jié)合微創(chuàng)新能力內(nèi)涵，本研究中的微創(chuàng)新能力分為三個等級，分別對應(yīng)模仿、微調(diào)和重構(gòu)三個階段。模仿階段的學習任務(wù)是產(chǎn)品拆解與復原，旨在了解產(chǎn)品基本構(gòu)成與制作的基本流程；微調(diào)階段通過增減要素優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與功能，應(yīng)用學科及技術(shù)知識解決問題；重構(gòu)階段聚焦產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與功能的重新建構(gòu)，并進行創(chuàng)新實踐。本研究在項目式教學以及做中學理論支持下，重點參考面向創(chuàng)客教育的中小學機器人教學四階段[9]和面向機器人教育的“燈籠模型”[5]，依照微創(chuàng)新能力層次，初構(gòu)面向微創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學活動框架，如圖1所示。

1. 模仿階段：強調(diào)學生新舊知識聯(lián)系

模仿階段是逆向工程教學活動的基礎(chǔ)階段，學生需要完成3D打印基本知識的學習，通過拆解、復原掌握作品制作的基本知識與技能，保證創(chuàng)意活動的順利開展。首先，教師發(fā)布本堂課學習任務(wù)并展示3D模型實物，學生在教師的組織下對物品進行感知與試用，喚起已有生活經(jīng)驗。其次，教師引導學生在3D One軟件中對3D模型進行拆解，以了解模型構(gòu)成要素及各部分之間的關(guān)系。最后，學生在學案提示下自主探究模仿復原模型。在模仿階段，教師為學生提供學習支架，使學生明晰工具選擇情境、使用方法及問題解決策略，掌握模型制作的一般性知識，并通過自主探究，完成作品的復原。

2. 微調(diào)階段：注重學生創(chuàng)意思維啟發(fā)

微調(diào)階段在逆向工程教學活動中起承前啟后的重要作用，啟發(fā)學生增減作品要素，引領(lǐng)學生創(chuàng)新思維并對模仿階段獲得的知識進行實踐應(yīng)用。在此階段，學生需要對模仿的作品進行微調(diào)，教師創(chuàng)設(shè)情境，使學生置身于情境中，學生由學習者身份轉(zhuǎn)換為用戶身份，分析當前物品可以新增哪些功能，對原型作品元素進行增減，實現(xiàn)對原型作品的微調(diào)。本階段注重對學生進行創(chuàng)意啟發(fā)，使學生在微調(diào)過程中獲得更多靈感，激發(fā)創(chuàng)造潛能，為重構(gòu)項目的實施做好鋪墊。

3. 重構(gòu)階段：注重跨學科知識融合

重構(gòu)階段是學生在具備微創(chuàng)新基本知識與技能的基礎(chǔ)上，融合跨學科知識對作品進行結(jié)構(gòu)性創(chuàng)新的過程。本階段主要采用項目式學習方式，引導學生對原型作品進行結(jié)構(gòu)重構(gòu)。在此過程中，教師并不為每個小組指定項目，而是為學生創(chuàng)設(shè)多樣化的生活情境，將項目的決定權(quán)與選擇權(quán)交給學生。學生借助信息技術(shù)解決項目實施過程中遇到的困難，發(fā)展創(chuàng)新思維，通過對作品的展示與評價，增強自信心，體驗學習的快樂。

四、面向小學生微創(chuàng)新能力培養(yǎng)的

教學實踐及框架修正

（一）教學目標

西部X省G市某小學以社團課形式開設(shè)了“3D打印”課程，目前正處于利用3D One開展教學的探索階段。3D One是一款適合小學生表達創(chuàng)意想法的三維軟件。研究團隊基于初構(gòu)的教學活動框架，依托該?！?D打印”課程開展三輪教學實踐研究，教學目標見表1。

表1? ? ? ? ? ? ? ? 三輪實踐的教學目標

（二）學習者分析

教學實踐的對象為3D打印社團的22名學生（男生13名，女生9名；四年級9名，五年級13名），特點如下：（1）學生正由具體形象思維向抽象邏輯思維轉(zhuǎn)變，進行抽象推理活動時需要具體形象事物支撐；（2）學生具有一定學習軟件和工具的使用經(jīng)驗；（3）大部分學生未接觸過3D打印，但對3D打印興趣濃厚。為確保學生順利進入微創(chuàng)新階段，授課教師充分備課，并進行了為期一個半月的3D打印基礎(chǔ)知識講授。

（三）教學評價工具

本研究采用質(zhì)性和量化相結(jié)合的方法，基于三角測量理念，從教師、學生、教學過程三個互證角度分析研究結(jié)果。教師角度采用量化的課堂觀察表，從課堂行為了解學生微創(chuàng)新能力變化；學生角度采用微創(chuàng)新能力問卷和量化的作品評價表，測量和分析學生微創(chuàng)新能力變化；教學過程角度采用教學滿意度問卷及訪談提綱，進一步了解學生的微創(chuàng)新能力變化。

1. 微創(chuàng)新能力測量問卷

本研究主要借鑒創(chuàng)客教育課程中的學生評價指標體系[19]，同時融入威廉斯創(chuàng)造性傾向量表中的冒險性、好奇心、想象力和挑戰(zhàn)性四項指標[20]，設(shè)計微創(chuàng)新能力測量問卷，包括創(chuàng)新人格、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能3個一級維度，共32道題目，采用李克特五級計分。由于3D打印社團學生人數(shù)少，隨機在兩個五年級班級中進行問卷預測試，回收有效問卷79份，計算出Cronbach 系數(shù)值為0.956，表明問卷具有良好的信度。

2. 課堂觀察表

本研究通過改編陶陽的“小學生創(chuàng)造性潛能觀察表”[21]對學生課堂表現(xiàn)進行觀察，包括創(chuàng)新人格、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能三個維度，共19個觀測點，每道題以5分為最高分計算。在每一輪教學實踐中，由2名學科教師現(xiàn)場聽課并填寫課堂觀察表，二者平均分為課堂觀察分數(shù)。

3. 作品評價表

作品評價表由1名教育技術(shù)專家和碩士研究生協(xié)同授課教師聯(lián)合編制，由技術(shù)性（20分）、創(chuàng)意性（35分）、美觀性（10分）、科學性（15分）、可行性（20分）五個指標構(gòu)成。

4. 學生滿意度問卷和訪談提綱

本研究分別從學生活動（創(chuàng)新作品、自主探究能力與協(xié)作交流能力、學習興趣與基本知識掌握）與教師活動（教學方式、教學活動設(shè)計、教學評價）兩個層面進行學生滿意度調(diào)查。從教學評價、學習收獲、教學環(huán)節(jié)設(shè)置三個方面設(shè)計訪談提綱。教學滿意度問卷克隆巴赫系數(shù)值為0.835，具有良好的信度。

（四）教學實施過程

教學環(huán)節(jié)由1名經(jīng)驗豐富的信息科技學科教師執(zhí)教，其具備完備的3D打印知識與教學能力，提前了解了逆向工程法的內(nèi)涵及本研究初構(gòu)的教學框架。三輪教學共6個課時，歷時3周，每周完成一輪教學（2課時）。每輪教學均包括“計劃—實踐—觀察—反思”四個環(huán)節(jié)，通過三輪迭代循環(huán)修正教學活動框架。實踐前進行前測了解學生微創(chuàng)新能力初始水平，在實踐結(jié)束后一周進行后測，對比了解學生能力水平變化。

1. 第一輪教學實踐及反思

第一輪教學主題為“超酷的專屬筆筒”。（1）模仿階段。教師發(fā)布任務(wù)并展示實物筆筒，引導學生觀察并試用。隨后，學生在3D One中對筆筒模型進行拆解，逆推出構(gòu)成3D筆筒模型的基本實體與制作步驟。在微課的指導下，完成筆筒模仿復原。（2）微調(diào)階段。教師發(fā)放創(chuàng)意啟發(fā)表，引導學生聯(lián)系生活經(jīng)驗對筆筒進行要素增減，以啟發(fā)其創(chuàng)意思維。（3）重構(gòu)階段。以“利用3D打印設(shè)計容器解決問題”為主題設(shè)定開放項目，讓學生從生活實際問題出發(fā)，重新設(shè)計容器。最后，學生展示作品，完成評價與反思。

第一輪教學結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)以下問題：（1）在課程導入與設(shè)計方案階段，學生的創(chuàng)新思維比較活躍，但創(chuàng)新技能比預期要低；（2）學生評價未體現(xiàn)“以評促學”的理念；（3）大部分作品缺乏創(chuàng)新性。研究助理與授課教師進行深入交流后，共同進行反思與改進。首先，為彌合創(chuàng)意與實踐之間的斷點，導入環(huán)節(jié)由拋出問題轉(zhuǎn)變?yōu)榍榫硠?chuàng)設(shè)，項目主題以源于生活的多情境方式設(shè)置。其次，在學生完成方案設(shè)計后，對難點進行統(tǒng)一講授，幫助其順利開展創(chuàng)新實踐。再次，為激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，在重構(gòu)階段增加方案展示環(huán)節(jié)，以頭腦風暴形式讓學生在思維碰撞過程中產(chǎn)生更多創(chuàng)意。最后，讓學生參與制定作品評價指標，以調(diào)動其創(chuàng)新積極性。

2. 第二輪教學實踐及反思

第二輪教學主題為“制作專屬鑰匙扣”。（1）模仿階段。創(chuàng)設(shè)情境“如何找回丟失的鑰匙扣”，激發(fā)學生產(chǎn)生創(chuàng)意想法。同時，用操作單代替微課，幫助學生模仿制作鑰匙扣，為學生留足自主探究空間。（2）微調(diào)階段。教師展示案例，同時提出需求，啟發(fā)學生對鑰匙扣關(guān)鍵要素進行增改。（3）重構(gòu)階段。制作作品前，師生共同商討形成評價量表。隨后，教師組織學生圍繞“自主設(shè)計防丟失鑰匙扣”進行討論，并且進行方案分享。在學生完成方案設(shè)計后，教師進行統(tǒng)一講解，幫助學生完成對鑰匙扣的改造。最后，根據(jù)評價量表，學生完成自評與互評。

相較于第一輪，第二輪教學中學生的創(chuàng)意思維與創(chuàng)新技能有所提升，但仍存在以下問題：（1）學生作品缺乏實用性與科學性；（2）學生分享方案的積極性仍不夠高。雖然教師在該階段為學生創(chuàng)設(shè)了源于生活的情境，調(diào)動了學生的創(chuàng)作熱情，但部分學生的想法較發(fā)散，導致作品缺乏實用性與科學性?；诖耍芯恐砗褪谡n教師共同商議，在重構(gòu)階段增設(shè)一個自主調(diào)查環(huán)節(jié)，讓學生到生活中挖掘問題，以保證項目的實用性與可操作性。同時，教師要注重引導學生分工合作，激發(fā)學生團隊意識，發(fā)揮學生主體性。

3. 第三輪教學實踐及反思

第三輪教學主題為“設(shè)計多功能臺燈”。基于前兩輪實踐與反思，本輪教學更加注重重構(gòu)階段項目主題的選擇，引導學生融合多學科知識對作品進行改進。以“自主設(shè)計不同應(yīng)用場景下的燈具”為主題設(shè)定開放項目，課前讓學生回歸生活場景，觀察燈具應(yīng)用場景并思考需要改進的地方；課中講解人類利用光源的歷史進程，使學生掌握光學的基本科學知識，將美術(shù)、數(shù)學、科學、信息科技等多學科知識進行融合，設(shè)計多功能臺燈；課后引導學生進行學習反思，進而發(fā)展創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)意物化能力。

綜合課堂觀察、課后訪談與作品分析結(jié)果，本輪實踐效果比較理想，主要體現(xiàn)在以下三個方面：（1）在設(shè)計方案的過程中，學生通過產(chǎn)品復原、概念提取、遷移應(yīng)用等方式融合多學科知識重構(gòu)原型作品，促成對知識的深度理解；（2）在調(diào)查、討論、展示等過程中，學生通過協(xié)商對話、問題解決、模型繪制等方式展現(xiàn)出了多元創(chuàng)新思維能力；（3）在模仿復原、要素微調(diào)、模型重構(gòu)過程中，學生綜合利用身邊工具與資源，設(shè)計方案、制作模型，展現(xiàn)出較高的創(chuàng)新技能水平。

（五）教學實踐效果分析

1. 學生微創(chuàng)新能力分析

將問卷數(shù)據(jù)進行配對樣本t檢驗，結(jié)果見表2。學生微創(chuàng)新能力整體水平隨著課時增加得到了提高，且存在顯著差異（p=0.020<0.05）。對微創(chuàng)新能力各要素均值進行前后測比較，其中，創(chuàng)新思維（p=0.028<0.05）、創(chuàng)新技能（p=0.022<0.05）均有顯著差異，但創(chuàng)新人格（p=0.068>0.05）不存在顯著差異。

表2? ? ? ? ? ?微創(chuàng)新能力問卷分析結(jié)果

2. 學生作品創(chuàng)新性分析

本研究從設(shè)計方案和3D模型兩個方面對學生作品創(chuàng)新性進行評定。一方面，設(shè)計方案能夠反映學生對3D模型的思考和創(chuàng)意；另一方面，3D模型真實反映了學生創(chuàng)新技能。由授課教師與一名研究助理組成評價小組，根據(jù)作品評價量表以及設(shè)計方案對學生作品創(chuàng)新性進行打分。通過分析全部作品得分發(fā)現(xiàn)，在第一輪設(shè)計方案實施時，大部分學生趨向于對原型作品進行簡單模仿，只有少部分學生能夠?qū)υ妥髌愤M行要素微調(diào)和再設(shè)計，微創(chuàng)新三個階段的作品數(shù)分別是10、8和4。在迭代修改的過程中，學生具有創(chuàng)意性的作品增多，第二輪中對應(yīng)微創(chuàng)新三個階段的作品數(shù)分別是5、10和7，第三輪中三個階段作品數(shù)則分別變化為3、8和11，這充分說明學生逐漸擁有了改造物品意識與能力，微創(chuàng)新水平得到提升。

3. 學生課堂表現(xiàn)分析

課堂觀察結(jié)果見表3。從第一輪課堂觀察可知，學生創(chuàng)新技能與思維方面表現(xiàn)較弱，第三輪三個維度較第一輪均有提升，創(chuàng)新人格方面提升較小，該結(jié)果與微創(chuàng)新能力分析以及作品評價結(jié)果一致。學生在三輪教學實踐中一直表現(xiàn)出較高的創(chuàng)新人格，尤其是當教師以視頻、圖片等形式引入主題時，學生表現(xiàn)出較高的好奇心，提問時能夠踴躍回答，但在討論中表現(xiàn)得比較被動。通過三輪實踐后，學生能夠根據(jù)現(xiàn)實需求對作品構(gòu)成關(guān)鍵要素進行修改，以達到重構(gòu)作品目的，微創(chuàng)新能力有了較大的提升。

表3? ? ? ? ? ? ? ? ? ?課堂觀察分析

4. 學生滿意度分析

本研究在教學實踐后對學生滿意度進行問卷調(diào)查，學生整體滿意度較高，其中，對教師教學方式（4.73）、教學活動設(shè)計（4.64）較滿意，但對教學評價的滿意度略低（4.35）。在學生活動中，學生學習興趣與基本知識掌握情況較好（4.67），創(chuàng)新作品（4.73）、自主探究能力與協(xié)作交流能力（4.39）均有所提升。通過訪談還發(fā)現(xiàn)，在教學評價方面，學生參與評價標準制定，較好地達到了以評促學的效果；學習收獲方面，經(jīng)過一段時間學習，學生擁有了改造物品的意識與能力，對3D打印學習興趣變得更加濃厚；教學環(huán)節(jié)設(shè)置方面，較好地喚醒了學生拆解、分析物品的意識，通過對物品逐步迭代再設(shè)計，提升了學生的微創(chuàng)新能力。

（六）教學活動框架修正

通過三輪實踐，本研究對初構(gòu)的教學活動框架進行了修正與優(yōu)化，如圖2所示。相較于教學活動框架雛形，修正后的框架同樣按照“拆解—分析—再設(shè)計”三步操作流程，設(shè)計了拆解復原、分析改造、再設(shè)計優(yōu)化、分享評價環(huán)環(huán)相扣的教學流程，使學生在迭代設(shè)計修改作品的過程中其低階能力逐步過渡到高層次創(chuàng)造力。不同的是，教師活動與學生活動相較于框架雛形更加具體，更有利于教師參照開展基于逆向工程法培養(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的教學活動。

五、研究討論

（一）逆向工程法對培養(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的支持作用

逆向工程是一項“認識原型—再現(xiàn)原型—超越原型”的創(chuàng)新活動[22]，在開始作品創(chuàng)新活動前，學習者需要經(jīng)歷對原型作品觀察反思、拆解分析，應(yīng)用逆向工程法，使學生能夠了解“工程”設(shè)計的全貌以及解決開放問題的有效方法。本研究利用逆向工程法的核心思想設(shè)計教學活動框架，學生通過拆解掌握基本知識與技能，分析完成知識的應(yīng)用，最后再設(shè)計，進而實現(xiàn)創(chuàng)新實踐。從教師、學生、教學過程三個角度對學生微創(chuàng)新能力變化進行三角互證，三個角度數(shù)據(jù)分析結(jié)果都佐證了經(jīng)過系列迭代后學生微創(chuàng)新能力顯著提升，這與Barr等的結(jié)論[23]一致。由此可見，逆向工程法能顯著提升小學生的微創(chuàng)新能力。其中，創(chuàng)新技能與創(chuàng)新思維兩個維度都得了顯著提升，而創(chuàng)新人格前后測沒有顯著差異，分析其原因，可能是入選參加3D打印社團的學生是平常成績較優(yōu)異的孩子，并且教學周期過短，已有研究表明小學生的成績和創(chuàng)造性人格相關(guān)顯著[24]。逆向工程與其他學習策略或工具結(jié)合起來，如協(xié)作學習、主動學習等，對學生產(chǎn)生綜合知識的能力有著直接和積極影響[25]。本研究在遵循逆向工程法的核心步驟的同時，在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新階段采用小組合作的項目式教學，引導學生就現(xiàn)實生活問題對作品創(chuàng)新點進行發(fā)散，在不斷迭代修改作品過程中學會用不同的思路解決問題，因而較好地體現(xiàn)了逆向工程法對培養(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的支持作用。

（二）基于逆向工程法培養(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的教學活動框架特征

本研究基于逆向工程法構(gòu)建了培養(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的教學活動框架，框架特征具體如下：（1）基于問題情境，讓創(chuàng)新思維落地生根。為避免學生由學習情境過渡到創(chuàng)新實踐出現(xiàn)斷點，本框架強調(diào)學生要在原有知識經(jīng)驗基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識，設(shè)計源于生活的開放式項目主題，便于學生通過對實物觀察、試用、拆解、逆向分析，逐步設(shè)計、開發(fā)出新作品。（2）發(fā)揮項目式學習優(yōu)勢，關(guān)注學生學習過程。本框架中重構(gòu)階段的項目式學習與傳統(tǒng)項目式學習相比，更加關(guān)注項目實施過程，而不是側(cè)重項目完成結(jié)果。此外，為凸顯“以評促學”，本框架將競爭機制融入師生共同制定的評價標準，激發(fā)學生積極性。（3）靈活調(diào)整學習支架，促進有意義的學習。本框架中模仿階段的支架可幫助學生完成作品的模仿復原，重構(gòu)階段的支架可啟發(fā)學生開展自主探究。需注意的是，教學過程中教師要引導學生開展交互，經(jīng)歷產(chǎn)品需求分析、原理應(yīng)用、產(chǎn)品再設(shè)計的過程，以幫助學生建構(gòu)知識和提升微創(chuàng)新能力。

（三）基于逆向工程法培養(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的策略建議

基于實踐研究結(jié)果，本研究提出基于逆向工程法培養(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的三點建議：（1）注重任務(wù)設(shè)計并提供學習支架，促進教學的深入實施。在逆向工程法的指導下，教師需為不同的教學階段創(chuàng)設(shè)不同難度的任務(wù)，模仿階段拆解復原，微調(diào)階段增減要素，重構(gòu)階段結(jié)構(gòu)再造，每一階段任務(wù)由易到難，循序漸進引導學生進行微創(chuàng)新。此外，為不同學習階段提供支架，以支持學生設(shè)計方案、制作模型、評價反思，引導學生逐步解決問題。（2）注重情境創(chuàng)設(shè)和學習需求，保證學習情境和實踐的銜接性。一是課程導入環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)情境，幫助學生將項目與真實世界相關(guān)聯(lián)，從用戶視角出發(fā)思考問題，將創(chuàng)意和方案可視化實現(xiàn)；二是組織學生圍繞大項目進行課前調(diào)查，從學生熟知的生活和學習環(huán)境中選取多樣化、可操作、具有創(chuàng)新空間的大項目，各小組自行確定子項目，促使學生在做項目的過程中提高微創(chuàng)新能力。（3）引導學生融合多學科知識創(chuàng)新作品，促進知識的遷移與應(yīng)用。教師及時對教學實踐進行總結(jié)和反思，引導學生圍繞項目主題，回歸到現(xiàn)實情境中尋找問題，主動利用多學科知識完成學習任務(wù)，通過拆解復原完成概念提取、要素微調(diào)進行遷移應(yīng)用、作品重構(gòu)實現(xiàn)關(guān)聯(lián)內(nèi)化，逐步獲得跨學科創(chuàng)新作品能力[26]。

六、結(jié)? ?語

本研究以“3D打印”課程為例，探索了基于逆向工程法培養(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的教學實踐，為培養(yǎng)小學生創(chuàng)新能力帶來了新思路。值得注意的是，微創(chuàng)新與創(chuàng)新并不是兩個完全獨立的階段，兩者均需要“模仿”作為前導階段，模仿—微創(chuàng)新—創(chuàng)新環(huán)環(huán)相扣，逐步提高學生的創(chuàng)新能力?；谀嫦蚬こ谭ㄅ囵B(yǎng)小學生微創(chuàng)新能力的教學活動框架體現(xiàn)了“循序漸進提升學生微創(chuàng)新能力”的思想，對于一線教師而言，尤其要注意根據(jù)學生身心發(fā)展狀況，靈活選擇任意階段作為起始階段開展教學。盡管本研究驗證了逆向工程法可用于提高小學生的微創(chuàng)新能力，但受研究對象、教學條件等因素限制，研究結(jié)果具有較強的個案特征，且未深入探究創(chuàng)新人格培養(yǎng)結(jié)果不顯著的原因。因此，未來研究還需依托其他學科和課程進行長期、深入的應(yīng)用與測評，從而助力國家創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

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Practical Research on Cultivating Primary School Students' Micro-innovation Ability Based on Reverse Engineering Method

—A Case of "3D Printing"

ZHANG Ni，? ZHANG Min，? FU Chong，? XING Dahui

（Institute of Education， Guizhou Normal University， Guiyang Guizhou 550025）

[Abstract] Reverse engineering method is a teaching method that "starts with the finished product" and lowers the threshold of innovation， making it easy to realize micro-innovations. Guided by the connotation of micro-innovation ability， this paper follows the teaching concept of "imitation preceding creation"， and proposes a teaching activity framework for cultivating primary school students' micro-innovation ability based on the reverse engineering method with support of project-based teaching and learning by doing. Taking "3D printing" as an example， three rounds of teaching practice are carried out， and the practice effect is explored from three perspectives of teachers， students and teaching process with the triangulation method， so as to revise and improve the activity framework. The research results indicate that the teaching activities designed based on reverse engineering method can significantly improve the level of primary school students' micro innovation ability， and also significantly promote the innovative thinking and innovative skills， but the impact on innovative personality is not significant. The research results provide valuable theoretical guidance and practical reference for cultivating primary school students' micro-innovation ability and cultivating national innovative talents.

[Keywords] Reverse Engineering Method; Micro-innovation Ability; Cultivation of Innovative Talents; Practical Research; 3D Printing